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Einleitung

Exponentialkonverter-Hintergrundwissen 

VCO und Exponentialkonverter 

Retrigger-Unit und LFO

Hüllkurvengeneratoren und VCAs

Mechanischer Aufbau

VCF, Noise und Netzteil

In diesem Kapitel werden die letzten klangbildenden Module des Synthesizers beschrieben: Noise-Generator und spannungsgesteuertes Filter. Außerdem wird gezeigt, wie man ein passendes Netzteil aufbaut. Zum Abschluss gibt es noch ein paar Tipps zur Klangeinestellung.

Filter
Ein spannungsgesteuertes Filter (VCF) ist eine der wichtigsten Einheiten zur Erzeugung von Klängen im hier beschriebenen Synthesizer und hat im Original-Moog-Exemplar nicht zuletzt zu dessen charakteristischem Sound beigetragen. Wie beim Original habe auch ich hier ein Tiefpass-Filter verwendet, das sich von diesem allerdings durch den Einsatz von vier OTAs unterscheidet. Im Gegensatz zu den beim VCA verwendeten Typen handelt es sich hier um die technisch (aber nicht pin-) kompatiblen Typen 13700, von denen sich zwei in einem Gehäuse befinden und die kostengünstiger als die Typen CA3080 sind.

Schaltung
In der vorliegenden Schaltung kann man sich die OTAs theoretisch auch als spannungsgesteuerte Widerstände einer Tiefpasskette vorstellen, die durch Buffer voneinander isoliert sind. Genau wie beim VCA befindet sich auch hier ein Spannungsteiler am Minus-Eingang eines jeden OTAs. Auch die Schaltung zur Ansteuerung der vier OTAs ist ähnlich wie beim VCA, mit dem Unterschied, dass hier zusätzlich ein Exponentialkonverter mit eingebaut wurde. Dies ist notwendig, damit die Filter-Frequenz mit den gespielten Tönen mitläuft, was interessante Effekte mit farbigem Rauschen und vieles mehr ermöglicht. Außerdem verläuft das Ansteigen und Abfallen der Hüllkurve gehörrichtig, das heißt, unsere Wahrnehmung empfindet die durch eine Hüllkurve bewirkte Änderung der Filterfrequenz als linear.

Der Q-Faktor, das heißt, die Güte bzw. die Bandbreite eines Filters spielt für den Klang ebenfalls eine große Rolle und ist einstellbar (Bezeichnung Emphasis beim Mini-Moog). Das Signal wird dabei vom Ausgang in abgeschwächter Form zum Eingang zurückgeführt, was bei entsprechender Phasenlage zu einer Rückkopplung führt, die bei zu engem Kontakt zischen Ein- und Ausgang zu lauten Sinustönen des Filters führen kann, so dass dieses im Tracking-Betrieb auch als spielbarer Sinusgenerator verwendet werden kann. Ein Trimmpoti sorgt dafür, dass der Schwingungseinsatz erst am Ende der Skala des Emphasis-Potis erfolgt.

Pro Widerstand-Kondensator-Einheit in einem Filter kann man von einer Steilheit von 6 dB/Oktave ausgehen.

Vier gleichwertige, addierbare und per Trimmpoti auf Maximum einstellbare Eingänge bestimmen die Filter-Eckfrequenz. Doch warum gleich vier Eingänge? Mit dem ersten Poti wird die Filter-Grundfrequenz (Cutoff-Frequency) per Frontplattenpoti bestimmt, die bei Einsatz des Hüllkurvengenerators nicht allzu hoch sein sollte. An Eingang 2 wird der zweite Hüllkurvengenerator der Platine angeschlossen, dessen Pegel zuvor mit einem zusätzlichen Frontplatten-Poti zwischen 0 und Maximum eingestellt werden kann (Amount of Contour bzw. Envelope). Beim Drücken einer Keyboard-Taste verschiebt sich die Filter-Eckfrequenz der Hüllkurve entsprechend, was, je nach Q-Faktor, Hüllkurve und Envelope-Einstellung zu den verschiedensten Klangeffekten führen kann.

An den dritten Eingang wird der mit einem Pegel-Poti versehene LFO-Ausgang angeschlossen. Damit lässt sich das VCF während des Spiels oder zur Erzeugung von Spezialeffekten (z.B. Hubschrauber) in seiner Frequenz modulieren, wobei natürlich alle Wellenformen des LFO genutzt werden können.

Der vierte und letzte Steuer-Anschluss schließlich wird über einen Schalter (Tracking-Filter) mit dem KOV-Ausgang des Keyboard-Interface verbunden. Die Reihenfolge dieser vier Anschlüsse kann auf Grund ihrer Gleichwertigkeit beliebig vertauscht werden.

Die einzelnen Potis und Schalter lassen sich individuell und nach ergonomischen Gesichtspunkten auf der Frontplatte in Gruppen gegliedert anbringen. Abgeschirmte Leitungen sind nicht notwendig. Achten Sie trotzdem darauf, signalführende Leitungen nicht zu dicht und nicht über eine zu große Länge an Leitungen vorbeizuführen, die zu den Mischer- bzw. Filtereingängen führen, da es zu leichten Übersprecheffekten kommen kann. Im Prototyp wurde dünne, kunststoffisolierte Litze in verschiedenen Farben verwendet, die mit Kabelbindern in einzelne Stränge untergliedert wurden.

Amount of Contour (Envelope)

Mit diesem Frontplatten-Poti, das eine ähnliche Wirkung wie der Trimmer P4 hat, wird der durch die Hüllkurve bewirkte Filter-Frequenzhub festgelegt. Steht das Poti auf Null. so ändert sich die Filter-Eckfrequenz nicht. Je weiter man das Poti nach rechts dreht, desto höher steigt die Filterfrequenz, wenn man eine Keyboard-Taste drückt. Dabei ist die Position des Cutoff-Potis zu beachten: Das Envelope-Poti darf nur dann auf Maximum stehen, wenn die Cutoff-Frequenz relativ niedrig ist. Je höher die Cutoff-Frequenz, desto niedriger sollte das Envelope-Poti eingestellt sein, damit die Filterfrequenz-Treiberstufe nicht in den Übersteuerungsbereich gerät bzw. die Filterfrequenz so hoch wird, dass sie nicht mehr hörbar ist. Mit einem sensiblen Gehör und etwas Feingefühl dürfte es nicht schwer fallen, die richtige Einstellung intuitiv und auf Anhieb heraus zu finden (siehe Bild unten).

Letzte Feinabstimmung
Trotz eines optimalen Abgleichs kann es vorkommen, dass die Frontplattenpotis (und dies gilt für alle) den gesamten, nutzbaren Bereich überschreiten oder dass der nutzbare Bereich auch beim rechten Anschlag des Potis noch nicht ganz ausgeschöpft ist. In diesem Falle gibt es mehrere Möglichkeiten: Wird der Bereich überschritten, so kann man probeweise den Wert eines Widerstandes ermitteln, den man mit dem Poti in Serie schaltet, dessen Wert auch vom Widerstand des Potis abhängt und den man zum Beispiel direkt am Poti-Anschluss festlöten könnte. 

Ist der Einstell-Bereich beim rechten Anschlag des Potis jedoch noch nicht voll ausgeschöpft, so kann man den mit dem Schleifer verbundenen Vorwiderstand des Potis am betreffenden Addierer probeweise verringern. Dies ist bei den ADSR-Potis natürlich nicht möglich. Dort ist jedoch das dazwischenschalten eines Widerstandes von einigen Kilo-Ohm (ausprobieren) möglich, der die störenden Knackgeräusche unterdruckt, die auftreten können, wenn sich die A-, D-, und R-Potis am linken Anschlag befinden. Letztlich sind die Einstellmöglichkeiten des Synthesizers immer sehr vielen Toleranzen unterworfen, so dass in jedem Fall immer eine gewisse, letzte Feinabstimmung, die mit Änderungen der Bauteil-Werte einhergehen kann, notwendig ist.

Noise-Generator

Der Noise- oder Rauschgenerator verstärkt das natürliche Rauschen der entgegengesetzt gepolten Basis-Emitter-Strecke des NPN-Transistors BC547. Da das Rauschen sehr schwach ist, wird es mittels IC1 mehrere tausend Mal verstärkt, bevor es zum Eingang 3 des VCA geleitet wird. Das Rauschen kann zum Beispiel in Kombination mit dem VCA oder dem VCF bei der Imitation einer Flöte, beim Nachahmen von Windgeräuschen oder beim Spiel von Melodien mit farbigem Rauschen eingesetzt werden. Auch die Imitation von Schüssen oder Schlagzeug gelingt damit recht gut. Nach dem Einschalten des Synthesizers kann es mehrere Sekunden dauern, bis das Rauschen einsetzt.

Netzteil

Das Netzteil beansprucht einen Platz von 8 x 10 Zentimetern. Der Aufbau des Netzteils ist sehr einfach: Es besteht aus zwei identischen Einheiten, deren Ausgänge in Serie geschaltet sind, wobei der Verbindungspunkt die Masse darstellt. Die beiden Ausgänge des Trafos werden jeweils über einen Brückengleichrichter in eine Spannung aus positiven 100-Hz-Halbwellen verwandelt, die anschließend geglättet, stabilisiert (7812) und wieder geglättet wird. Die Elkos am Ausgang dienen außerdem dazu, Eigenschwingungen der Stabilisatoren zu verhindern.

Bei den Brückengleichrichtern sind alle Typen möglich, die mit den erwähnten Strom- und Spannungswerten belastbar sind. Auch bei den angegebenen Spannungsfestigkeitswerten der Elkos handelt es sich grundsätzlich um Mindestwerte, so dass natürlich auch Kondensatoren mit höherer Spannungsfestigkeit verwendet werden dürfen.

Der Trafo (230 V primär / 2 x 12 V sekundär) sollte pro Sekundärwicklung einen Strom von mindestens 500 mA liefern. Da die Anschlüsse der betreffenden Trafos zur Platinenmontage sehr unterschiedlich konfiguriert sein können, ist es unmöglich, ein Layout für alle verfügbaren Varianten zu erstellen. Wenn das in der Stückliste aufgeführte Exemplar nicht erhältlich sein sollte, müssen die Bohrungen bzw. Leiterbahnen für den Trafo auf der Platine gegebenenfalls entsprechend angepasst werden.Die Ausgangsspannungen (0, +12 V, - 12 V) stehen an mehreren Anschlussklemmen zur Verfügung. Das Vorhandensein der beiden Spannungen wird durch zwei farbige LEDs (z.B. rot und grün) angezeigt.

Natürlich ist es auch möglich, einen externen Trafo zu verwenden und diesen über entsprechende Kabel mit der Platine zu verbinden. Auf diese Weise spielen die Abmessungen und Anschlüsse des Trafos keine Rolle mehr.

Warn- und Sicherheitshinweis

Achtung! Die Anschlüsse der Trafo-Primärspule und alle damit verbundenen Teile wie z.B. Schalter, Klemmen, Sicherungshalter und Kabel mit Netzstecker führen 230 V Netzspannung,  von der bei Berührung Lebensgefahr ausgeht. Der Anwender ist verpflichtet, alle Teile, die Netzspannung führen, den einschlägigen Vorschriften entsprechend zu installieren, isolieren und abzusichern. Der Autor übernimmt keine Verantwortung für eventuell auftretende Schäden.

Klangeinstellungstipps

Im Folgenden ganz kurz die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale für die mit dem Synthesizer erzeugbaren Klänge:

Grundsätzlich unterscheiden wir zwischen Sounds mit und ohne Glissando. Bereits der Glissando-Effekt erinnert unbewusst an den typischen Moog-Klang. Er ist jedoch nur sinnvoll, wenn die ADSR-Funktion des Filters ausgeschaltet ist (Envelope-Poti auf Null) und der Sustain der VCA-Hüllkurve auf 100 Prozent steht.
Auch ob ein oder zwei Oszillatoren gleichzeitig zu hören sind, wirkt sich entscheidend auf den Klang aus: Bei zwei Oszillatoren ergibt sich der typische Schwebungssound bei gleicher Frequenz, der jedoch nur sinnvoll ist, wenn das Cutoff-Poti auf Maximum, und das Emphasis-Poti auf 0 steht – das heißt: Wenn das gesamte Spektrum der VCOs übertragen wird und diese auf Rechteck oder Sägezahn eingestellt sind.

Beide Oszillatoren können auch gegeneinander verstimmt werden, zum Beispiel in Form einer Terz, Quarte oder Quint. Die Erfahrung zeigt jedoch, dass dies nicht in allen Musikrichtungen sinnvoll ist. Lediglich das Spielen in parallelen Quinten hat sich im Rock, Pop und Jazz-Rock in einigen Stücken als wohlklingend erwiesen.
Bei den Einstellungen des VCF und dessen Hüllkurvengenerator muss man mit besonders viel Fingerspitzengefühl vorgehen, um einen angenehmen Sound zu erzielen: So ist es zum Beispiel logisch, dass man die Wirkung des Filters nur bei Klängen wahrnimmt, die besonders viele Oberwellen aufweisen; zum Beispiel Sägezahn oder schmale Pulse. Harte Klänge, die an Schlaginstrumente erinnern, erzeugt man mit null Attack-Zeit, kurzem Decay und niedrigem Sustain, wobei sich zusätzlich eine breite Variationsmöglichkeit durch verschiedene Emphasis-Einstellungen ergibt, die bei ca. 50% Sustain und hohem Emphasis-Wert wiederum den Klang einer Querflöte umfasst.

Mit langem Attack und Null-Emphasis entstehen trompetenähnliche Sounds (Sägezahn), wogegen bei den gleichen Einstellungen, aber mit stärker eingestelltem Emphasis-Wert der typische, von der E-Gitarre bekannte Wah-Wah-Effekt eintritt.

Mit der Dreieck-Waveform und Tracking-Filter-Unterstützung sind sinusartige Klänge möglich, die mit einem Teremin vergleichbar sind und deren emotionale Wirkung sich durch den Einsatz eines leichten LFO-Frequenzvibratos beim Ausklingen noch verstärken lässt.